W ubiegłym tygodniu po raz 110 wręczono nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Wspomnijmy przy tej okazji wielkie nazwiska oraz słynne odkrycia, które nie dostąpiły tego zaszczytu – choć powinny.
1. Friedman i modele kosmologiczne
Na początek matematyk, którego z czystym sumieniem można ochrzcić mianem ojca kosmologii. W okresie gdy Einsteinowska teoria względności wciąż budziła kontrowersje w Cambridge czy Oxfordzie, Rosjanin natychmiast postanowił zastosować jej założenia do opisu całego wszechświata. Aleksandr Friedman był jednym z pionierów, obok Willemema de Sittera i księdza Georgesa Lemaitrema, którzy zakwestionowali klasyczną, stacjonarną wizję wszechświata. Uczony z Petersburga ukuł pierwszy konkretny model fizyczny, uzależniając przyszłość kosmosu od ogólnej krzywizny jego przestrzeni. Zależnie od ogólnej ilości materii, wszechświat miałby przybrać formę zamkniętą, otwartą lub płaską. Na podstawie swoich równań, Friedman podał nawet konkretne wielkości. Uważał mianowicie, że jeśli średnia gęstość materii okazałaby się większa niż 5×10-30 g/cm3 – mamy do czynienia z wszechświatem zamkniętym, który powinien zacząć się kurczyć i w końcu zapaść sam w sobie. Na tej spuściźnie, niezmiennie wsparta jest cała współczesna kosmologia.
2. Hubble i uciekające galaktyki
Niedoszły prawnik uzmysłowił światu, że Droga Mleczna jest tylko jedną z wielu gwiezdnych wysepek, rozrzuconych w nieprawdopodobnie przepastnym wszechświecie. Do tego momentu wielu naukowców miało prawo przypuszczać, iż widoczna w pobliżu gwiazdozbioru Andromedy “chmurka” to tylko mgławica, leżąca w podobnej odległości co okalające ją gwiazdy. Pracując w słynnym obserwatorium Mount Wilson, Edwin Hubble ponad wszelką wątpliwość wykluczył taką możliwość, szacując dystans dzielący nas od niedoszłej mgławicy na 850 tysięcy lat świetlnych! Dziś wiemy, iż galaktyka M31 leży niemal trzykrotnie dalej, lecz mimo to odkrycie Amerykanina przeniosło astronomię na nowy poziom. Oto, daleko w przestrzeni zauważono nowe Drogi Mleczne, pełne setek tysięcy gwiazd, mgławic i całej reszty.
To było jednak nic w porównaniu do szoku, jaki wywołał artykuł Hubble’a z 1929 roku, pod tytułem: Relacja między dystansem i prędkością radialną wśród mgławic pozagalaktycznych. Prowadząc kolejne obserwacje astronom spostrzegł, że przesunięcie widma dalszych galaktyk jednoznacznie wskazuje na ich oddalanie. Na tej podstawie sformułował zasadę, wedle której im większy dystans dzieli dwie galaktyki, z tym większą prędkością od siebie uciekają. Uczeni uzyskali tym samym empiryczny dowód, na dynamiczną naturę wszechświata. Mimo dokonania przewrotu Hubble nigdy Nobla nie otrzymał. Jako próbę rehabilitacji Komisji Noblowskiej można postrzegać wyróżnienie dla Perlmuttera, Reissa i Schmidta z 2011 roku. Obserwując odległe supernowe, nie tylko potwierdzili oni trwającą ciągle ekspansję wszechświata, ale również jej przyśpieszanie.
3. Einstein i czasoprzestrzeń
Macie prawo zastanawiać się, co u diabła robi Einstein na tej liście? Faktycznie, geniusz doczekał się najwyższego naukowego lauru w 1921 roku. Sęk w tym, że nie była to nagroda, której wszyscy oczekiwali, a raczej próba udobruchania zwolenników architekta fizyki relatywistycznej. Poczynając od “szczęśliwego roku” 1905, w Sztokholmie aż jedenastokrotnie domagano się adekwatnej gloryfikacji szczególnej, a później ogólnej teorii względności. Bezskutecznie. Detronizacja Newtona i stworzenie nowych fundamentów nauki – choć to kuriozalne – nie zyskały uznania w oczach Komisji.
O tym dlaczego z takim uporem pomijano Einsteina, krążą różne pogłoski. Jedni mówią o przyczynach merytorycznych (rzekome nieudokumentowanie prawdziwości STW i OTW), inni o niechęci do osoby wielkiego fizyka – w tym, o antysemityzmie decydentów. Oficjalnie Albert Einstein został doceniony za wkład w odkrycie efektu fotoelektrycznego. Nie, żeby osiągnięcie to było nieistotne, ale chyba zgodzicie się, że trudno porównać je z niebagatelnym wpływem, jaki wywarła na całą współczesną fizykę teoria względności. Koniec końców, nie byłoby przesadą, gdyby legendarny uczony otrzymał dwie lub nawet trzy nagrody Nobla. Zasłużył jak nikt.
4. Oppenheimer i rozwój mechaniki kwantowej
Tak się zabawnie złożyło, że dyrektor Projektu Manhattan, pod kierownictwem którego pracowało kilkunastu ówczesnych lub przyszłych noblistów, sam nigdy nie dostąpił podobnego zaszczytu. Kilkukrotnie był blisko, lecz zawsze ktoś go wyprzedzał. Odnoszę wrażenie, że mimo niezaprzeczalnego geniuszu ojca bomby atomowej, zabrakło w jego CV jakiegoś wyraźnego przełomu. Znany z miłości do kapeluszy fizyk spłodził wiele ważnych prac, rozciągniętych tematycznie od mechaniki kwantowej, przez teorię względności, aż po astrofizykę. To Robert Oppenheimer wymiernie poszerzył naszą wiedzę o zjawisku tunelowania kwantowego, następnie wraz z Maxem Bornem sformułował kluczowe przybliżenie opisujące ruch elektronów i jąder atomowych w cząsteczkach, a w 1938 roku, do spółki z Hartlandem Snyderem, teoretycznie dowiódł możliwości powstawania czarnych dziur w drodze grawitacyjnego kolapsu gwiazd.
Być może gdyby Oppenheimer potrafił skupić się dostatecznie na jednym aspekcie fizyki, postawiłby kropkę nad “i”, której zabrakło mu do ostatecznego triumfu.
5. Gamow i “teoria alfa-beta-gamma”
Amerykanin rosyjskiego pochodzenia był swojego czasu prawdziwą gwiazdą fizyki teoretycznej oraz jednym najpoczytniejszych popularyzatorów nauki. Podobnie do Oppenheimera, mógł się pochwalić wyjątkowo szerokimi zainteresowaniami. Brał udział w wyjaśnieniu rozpadu jądra atomowego z emisją cząstek alfa, jak również w formułowaniu pierwszych modeli wielkiego wybuchu. Wraz z Ralphem Alpherem, podjęli pionierską próbę opisu tworzenia cząstek elementarnych i atomów w pierwszych sekundach istnienia wszechświata. Należy przy tym podkreślić, iż to właśnie George Gamow stwierdził, że jeśli big bang rzeczywiście miał miejsce, to powinien pozostawić po sobie ślad w formie bladego promieniowania wypełniającego całą przestrzeń kosmiczną. I to promieniowanie reliktowe rzeczywiście zostało odkryte w 1965 roku, przez Arno Penziasa i Roberta Wilsona. Jak głosi popularna anegdota, młodzi pracownicy Bell Labs początkowo nie mieli pojęcia co takiego zarejestrowała ich antena. Mimo wszystko, to na nich, a nie na teoretyka, spadł główny splendor doniosłego odkrycia.
6. Hawking i czarne dziury
Stephen Hawking to chyba najbardziej rozpoznawalny fizyk naszej generacji. Nie sposób zignorować jego zasług dla współczesnej astrofizyki i kosmologii, zwłaszcza publikacji dotykających tematyki powstawania wszechświata, osobliwości, zunifikowanej teorii pola oraz czarnych dziur. Właśnie to ostatnie zainteresowanie pozwoliło Brytyjczykowi na stałe zapisać się w historii nauki. Hawking wynalazł panaceum na jeden z najbardziej fundamentalnych problemów związanych z czarnymi dziurami. Przed 1974 rokiem fizycy domniemywali, że te supergęste obiekty nie współgrają z II zasadą termodynamiki, mogąc istnieć dosłownie przez wieczność. Wtedy to, zaledwie 32-letni Stephen Hawking przedstawił hipotezę “parowania” kosmicznych potworów. Uwzględniając zasady mechaniki kwantowej i naturę próżni, zauważył on, że na skraju horyzontu zdarzeń powinno ujawniać się swoiste promieniowanie, bardzo powoli odbierające masę czarnej dziury.
Mimo to teoretyk Nobla nie otrzymał i prawdopodobnie już nie otrzyma. Promieniowanie Hawkinga pozostaje konceptem genialnym, ale jednocześnie kompletnie nieweryfikowalnym – przynajmniej dopóki nie będzie nam dane zbadań krawędzi prawdziwej czarnej dziury.
7. Zeilinger i teleportacja
Austriacki profesor wciąż pozostaje bardzo aktywny w swojej dyscyplinie, tj. w badaniach stanu splątanego. Nie jest to rzecz jasna zjawisko nowe. Z “upiornego oddziaływania na odległość” między cząstkami, zdawano sobie sprawę już w latach 30. ubiegłego stulecia, choć nie do końca pojmowano jego naturę. Jak powszechnie wiadomo, Einstein, Podolski i Rosen opublikowali artykuł traktujący splątanie jako dowód koronny, wskazujący na niepełność lub błędność założeń mechaniki kwantowej. Absolutnie nie wierzyli, jakoby między dwoma bytami mogła istnieć forma powiązania niezależna od czasu i przestrzeni. Byli oni jednak w całkowitym błędzie: zarówno splątanie jak i fundamenty fizyki kwantowej – jakkolwiek niezwykłe by się nie zdawały – miewają się wyśmienicie i po prostu działają.
Szczególnym konikiem Antona Zeilingera jest teleportacja stanu cząstki. To właśnie jego ekipa w 1997 roku dokonała pierwszego w dziejach aktu kwantowej teleportacji pomiędzy dwoma fotonami. Od tamtego czasu Austriacy regularnie powtarzają tę “sztuczkę”, na różnych dystansach, z równie zadowalającymi efektami. To coś więcej niż tylko potwierdzenie pewnego egzotycznego zjawiska. Opracowane metody na pewno znajdą zastosowanie przy próbach wdrożenia kryptografii kwantowej, a w dalszej przyszłości, również przy opracowaniu komputera kwantowego. Niewykluczone, że Komisja Noblowska jeszcze zdąży docenić Zeilingera.
